[发明专利]一种基于共节点DEM-SPH粒子的流固耦合方法

说明书

本发明涉及计算机数字仿真技术领域，尤其是一种基于共节点DEM‑SPH粒子的流固耦合方法，其包括以下步骤：S1、建立共节点DEM‑SPH粒子模型；S2、建立SPH粒子和有限元结构；S3、设置模拟所需的参数；S4、数值模拟。且步骤S1包括以下子步骤：生成粒子节点位置坐标；建立离散元粒子模型；将离散元粒子模型转化为共节点DEM‑SPH粒子模型。如此，创造性地将离散元粒子模型转化为共节点DEM‑SPH粒子模型，并借助有限元理论进行模拟数值分析，从而快速、且精准模拟出SPH粒子、DEM粒子以及有限元结构的相互作用机理。

技术领域

本发明涉及计算机数字仿真技术领域，尤其是一种基于共节点DEM-SPH粒子的流固耦合方法。

背景技术

流固耦合是多分支学科的交叉融合，在许多工程领域中都较为常见。以船舶与海洋工程领域为例，在水下油气开采过程中，海洋立管在波浪和水流的作用下会发生涡激振动现象；液化石油气(liquified natural gas，LNG)船和巨型油轮在运输过程中会遭遇液舱晃荡砰击问题；在新能源开发过程中，海上风机叶片的颤振会引起气动弹性问题；柔性效应显著的超大型浮体结构在复杂的海洋环境下面临着水弹性问题。

随着计算机技术的发展和并行算法的使用，其计算效率也在不断提高，被越来越多地用于工程问题的求解。为满足实际工程应用，仍需进一步发展高效、可靠的粒子类方法，如SPH、MPS等，其研究方向主要包括收敛性、一致性和稳定性，以及边界条件、自适应性、与其他方法的耦合及求解实际问题的能力等。针对具有破碎特性的连续体材料，如岩石、海冰等，离散元方法展现出强大的计算分析能力。然而，上述的无论是SPH方法，亦或是MPS方法并不能有效地、且快速地处理光滑粒子流体动力学、离散元方法以及有限元方法的综合应用问题，且所模拟出SPH粒子、DEM粒子以及有限元结构的相互作用机理与实际工况有偏差。因而，亟待本课题组人员解决上述技术问题。

发明内容

故，本发明课题组鉴于上述现有的问题以及缺陷，乃搜集相关资料，经由多方的评估及考量，并经过课题组人员不断探讨以及设计改进，最终导致该基于共节点DEM-SPH粒子的流固耦合方法的出现。

为了解决上述技术问题，本发明涉及了一种基于共节点DEM-SPH粒子的流固耦合方法，其包括以下步骤：

S1：建立共节点DEM-SPH粒子模型；

步骤S1包括以下子步骤：

S11：生成粒子节点位置坐标；

S12：建立离散元粒子模型；

S13：将离散元粒子模型转化为共节点DEM-SPH粒子模型；

S2：建立SPH粒子和有限元结构；

S3：设置模拟所需的参数：

步骤S3包括以下子步骤：

S31：设置DEM-SPH模型中DEM粒子与有限元结构的接触类型；

S32：设置SPH粒子与有限元结构的接触；

S33：设置其他所需参数；

S4：数值模拟。

作为本发明所公开技术方案的进一步改进，步骤S11包括以下孙步骤：

S111：打开LS-PrePost，创建一个节点，保存为A文件；

S112：确定所建立模型的尺寸、离散元粒子半径r、粒子的排布方式；

S113：以txt文件形式打开所述A文件，并确定节点的格式信息；

S114：根据孙步骤S112中确定的条件、孙步骤S113中节点的格式信息，编写程序，生成节点编号及其位置坐标，另存为B文件；